1.10.1 Основные показатели оценки технологичности

· - уровень технологичности по трудоемкости изготовления деталей

,

где - суммарная трудоемкость изготовления деталей по новому варианту

- суммарная трудоемкость изготовления деталей по базовому варианту

т.к. - технологический процесс изготовления детали по новому варианту технологичен с точки зрения трудоемкости изготовления детали.

· - уровень технологичности по себестоимости изготовления детали.

,

где -себестоимость изготовления детали по новому технологическому процессу;

- себестоимость изготовления детали по базовому технологическому процессу.

т.к. - технологический процесс изготовления детали по новому варианту технологичен с точки зрения себестоимости изготовления детали.

1.10.2 Дополнительные показатели оценки технологичности

· - коэффициент удельной трудоемкости изготовления детали:

,

где - трудоемкость изготовления детали;

- масса детали.

Базовый технологический процесс:

Совершенствуемый технологический процесс:

Т.к. - технологический процесс изготовления детали по новому варианту более технологичен с точки зрения удельной трудоемкости изготовления детали по сравнению с базовым технологическим процессом.

· - коэффициент удельной себестоимости изготовления детали:

,

где - себестоимость изготовления детали;

- масса детали.

Базовый технологический процесс:

Совершенствуемый технологический процесс:

Т.к. - технологический процесс изготовления детали по новому варианту более технологичен с точки зрения удельной себестоимости изготовления детали по сравнению с базовым технологическим процессом.

· - коэффициент использования металла:

,

где - масса заготовки;

- масса детали.

Т.к. - оба варианта технологического процесса изготовления детали технологичны с точки зрения использование металла.

- коэффициент точности обработки детали:

,

где средний квалитет точности изготовления детали.

,

где квалитет точности размера детали;

число размеров соответствующего квалитета точности детали.

,

Так как , то деталь считается технологичной.

1.11 Методы и средства контроля готовой детали

После механической обработки детали мы должны удостовериться, соответствует ли она тем требованиям, которые указаны на чертеже. Для этого вводиться контрольная операция.

Таблица 1.3

№	Контролируемый размер.	Способ контроля
1	Внешним осмотром проверить чистоту обработанных поверхностей	Образцы шероховатости ГОСТ 9378-75
2	М17-7Н	Пробка М12-7Н 8221-3053 ГОСТ 17757-72
3	150	Шт. циркуль ШЦ-Т-200-0,05 ГОСТ 166-80
4	183 Н11(-0,3); 199Н11 (+0.3)	Шт. циркуль ШЦ-Т-200-0,05 ГОСТ 166-80
5	182	Нутромер на канавку 0182 МГС-25843
6	30°	Шаблон МУС -29265
7	1010,1	Шт. глубиномер ШГ-320 ТОСТ 162-80
8	180Н7(+0,04)	Установочное кольцо 0180 Сп МГ 136-180 Нутромер 160-260 ГОСТ9384-80
9	160Н8(+0,08)	Уст. Кольцо 0160 Аз(+0.08) МГ136-160 Нутромер НИ-160 ГОСТ 868-72
10	173 Н8(+0.26)	К. пластина МГ 15-173 А
11	Т.Т. п 1 обеспечивается кондуктором	ПВС-30636
12	Т.Т. п 3	Индикатор 44-02-кл 0 ГОСТ 577-68
13	Контроль фасок 3*15°,2*15°	Шаблон НУ С-31104
14	104,5±0,5	Приспособление ПНС-34248 Шаблон НГС-32459
15	105	Шт. циркуль ШЦ-Т-200-0,05 ГОСТ 166-80
16	16Н8h20	Пробка 8133-0930 ГОСТ 14810-69
17	М10-7Н	Пробка 8221-3 044 ГОСТ 17757-78

1.12 Расчет управляющих программ

Расчет опорных точек и циклограммы перемещений инструментов представлены в графической части дипломного проекта. Распечатки управляющих программ в приложении.

2. Конструкторская часть

2.1 Назначение и описание работы приспособления для токарной операции 030

Тип приспособления - токарное. Возможность разметить деталь, увязать две конструкционные базы (челюсти и зеркало буксы под подшипник), закрепить для обработки и получить нужные размеры.

Деталь ставится в приспособление на установочные пальцы( установочная база),деталь направляется по двум направляющим, и фиксируется двумя под- пружиненными прихватами, которые в свою очередь фиксируются болтами, тем самым создается усилие закрепления (Q_заж).

Привод приспособления - ручной, усилие закрепления создается с помощью винтового зажима, для чего используется нормализованные элементы привода - винт и гайка, расчет которых приводится далее.

2.2 Силовой расчет приспособления для токарной операции 030

Определим необходимую силу закрепления.

Составляем уравнение моментов относительно точки О:



,

где -максимальная сила резания, возникающая при обработки (см. расчет режимов резания);

-минимальная сила, которую необходимо приложить для закрепления детали.

Определим необходимую силу закрепления с учетом коэффициента запаса.

где - коэффициент запаса, учитывающий неточности при расчетах, непостоянные условия обработки, непостоянные условия установки заготовки.

2.3 Прочностной расчет приспособления для токарной операции 030 [8]

Рассчитываем на прочность винт М16, которым закрепляют прихват, создавая тем самым необходимое усилие закрепления.



1. Составляем уравнение моментов относительно точки А.

,

где -расстояние от точки приложения силы закрепления до винта;

-сила реакции на винте.

.

2. Определяем диаметр штифта исходя из допустимого напряжения среза.

,

где - предел текучести для стали 45.



откуда

Следовательно, винт М16 выдерживает напряжение среза.

3. Определяем диаметр винта исходя из допустимого напряжения на изгиб:

Следовательно, винт М16 выдерживает напряжение на изгиб.

2.4 Точностной расчет приспособления для токарной операции 030 [5]

Расчет на точность заключается в определении погрешности установки заготовки в приспособление .

Под погрешностью установки понимают отклонение фактически достигнутого положения заготовки от требуемого, появляющееся в процессе базирования и закрепления.

,

где погрешность установки детали;

погрешность базирования детали;

погрешность закрепления детали в приспособлении;

погрешность приспособления.

2.4.1 Определение погрешности базирования

Погрешность базирования является следствием не совпадения технологической и измерительной баз.

При нашей установки заготовки в приспособление измерительная база совпадает с технологической, т.е. .

2.4.2 Определение погрешности, вызванной силой закрепления

Погрешность закрепления - это разность между наибольшим и наименьшим смещением измерительной базы, возникающим под действием сил закрепления.

Деталь устанавливается на призмы.

,

где -коэффициенты определяются по таблице 22

;;

-параметр шероховатости поверхности заготовки, мкм;

-твердость заготовки по Бринеллю;

-сила, действующая по нормали к опоре, Н;

-длина образующей, по которой происходит контакт, см.



где -диаметр заготовки, мм.

,

( делим на 2,т.к. деталь устанавливается на две призмы, находящиеся на равном расстоянии от точки приложения силы закрепления).

2.4.3 Определение погрешности приспособления

Погрешность приспособления включает в себя следующие погрешность: погрешность изготовления и монтажа установочных элементов ; погрешность, вызванная прогрессирующим износом установочных элементов ; погрешность установки приспособления на станок .

.

2.4.3.1 Определение погрешности установки и монтажа установочных элементов

Погрешность установки и монтажа характеризует неточность изготовления и сборки установочных элементов. Технологически возможно обеспечить эту погрешность в пределах (см. стр.19):

- для приспособлений нормальной точности,

- для приспособлений повышенной точности.

Для дальнейшего расчета примем .

2.4.3.2 Определение погрешности, вызванной прогрессирующим износом установочных элементов

Величина износа зависит от количества установок заготовок в приспособлении, от материала и массы обрабатываемых заготовок, от состояния базовых поверхностей заготовок, от условий установки в приспособление, а так же от конструкции установочных элементов.

Величина износа определяется по следующей формуле:

,

где коэффициент, учитывающий вид опоры, условия работы опор по нагрузке, путь сдвига состояние базовых поверхностей заготовок;

(см. табл.1 стр. 21);

число контактов заготовки с опорой, ;

.

.

2.4.3.3 Определение погрешности установки приспособления на станок

выражает погрешность установки приспособления на станке, обусловленную смещением корпуса приспособления на столе станка.

Технологически возможно обеспечить (см. стр.21)

Погрешность приспособления:

.

Погрешности установки заготовки в приспособление .

.

Погрешность установки деталь в приспособление составляет . Следовательно, можно сделать вывод, что данной установкой мы можем обеспечить размер 144.

2.5 Описание работы приспособления для токарной операции 055

Тип приспособления - токарное. Приспособление базируется на конус Морзе 100 станка и крепится к планшайбе 8 винтами М20 . Приспособление имеет установочную бонку ф146 для центрирования детали относительно оси станка. Приспособление имеет 2 прихвата, ориентирующих деталь относительно угла наклона челюстного проема и предотвращающих проворот детали относительно оси. Также имеются 2 прихвата для закрепления детали тем самым создается усилие закрепления (Q_заж).

Привод приспособления - ручной, усилие закрепления создается с помощью винтового зажима, для чего используется нормализованные элементы привода - винт и гайка, расчет которых приводится далее.

2.6 Силовой расчет приспособления для токарной операции 055

Определим необходимую силу закрепления.

Составляем уравнение моментов относительно точки О:

,

где -максимальная сила резания, возникающая при обработки (см. расчет режимов резания);

-минимальная сила, которую необходимо приложить для закрепления детали.

Определим необходимую силу закрепления с учетом коэффициента запаса.



где - коэффициент запаса, учитывающий неточности при расчетах, непостоянные условия обработки, непостоянные условия установки заготовки.

2.7 Прочностной расчет приспособления для токарной операции 055 [8]

Рассчитываем на прочность шпильку М20, которой закрепляют прихват, создавая тем самым необходимое усилие закрепления.

1. Составляем уравнение моментов относительно точки А.

,

где -расстояние от точки приложения силы закрепления до шпильки;

-сила реакции на шпильке.

.

2. Определяем диаметр шпильки исходя из допустимого напряжения среза.

,

где - предел текучести для стали 45.

Откуда

Следовательно, шпилька М20 выдерживает напряжение среза.

3. Определяем диаметр винта исходя из допустимого напряжения на изгиб:



Следовательно, шпилька М20 выдерживает напряжение на изгиб.

2.8 Точностной расчет приспособления для токарной операции 055 [5]

Расчет на точность заключается в определении погрешности установки заготовки в приспособление .

Под погрешностью установки понимают отклонение фактически достигнутого положения заготовки от требуемого, появляющееся в процессе базирования и закрепления.

,

где погрешность установки детали;

погрешность базирования детали;

погрешность закрепления детали в приспособлении;

погрешность приспособления.

2.8.1 Определение погрешности базирования

Погрешность базирования является следствием не совпадения технологической и измерительной баз.

При нашей установки заготовки в приспособление измерительная база совпадает с технологической, т.е. .

2.8.2 Определение погрешности, вызванной силой закрепления

Погрешность закрепления - это разность между наибольшим и наименьшим смещением измерительной базы, возникающим под действием сил закрепления.

,

где - коэффициент, характеризующий условия контакта, материал и твердость поверхности заготовки определяются по таблице 22

- сила, действующая на опору;

- угол между направлением выдерживаемого размера и направлением наибольшего смещения

, т.к.

2.8.3 Определение погрешности приспособления

Погрешность приспособления включает в себя следующие погрешность: погрешность изготовления и монтажа установочных элементов ; погрешность, вызванная прогрессирующим износом установочных элементов ; погрешность установки приспособления на станок .

.

2.8.3.1 Определение погрешности установки и монтажа установочных элементов

Погрешность установки и монтажа характеризует неточность изготовления и сборки установочных элементов. Технологически возможно обеспечить эту погрешность в пределах (см. стр.19):

- для приспособлений нормальной точности,

- для приспособлений повышенной точности.

Для дальнейшего расчета примем .

2.8.3.2 Определение погрешности, вызванной прогрессирующим износом установочных элементов

Величина износа зависит от количества установок заготовок в приспособлении, от материала и массы обрабатываемых заготовок, от состояния базовых поверхностей заготовок, от условий установки в приспособление, а так же от конструкции установочных элементов.

Величина износа определяется по следующей формуле:

,

где коэффициент, учитывающий вид опоры, условия работы опор по нагрузке, путь сдвига состояние базовых поверхностей заготовок;

(см. табл.1 стр. 21);

число контактов заготовки с опорой, ;

.

.

2.8.3.3 Определение погрешности установки приспособления на станок

выражает погрешность установки приспособления на станке, обусловленную смещением корпуса приспособления на столе станка.

Технологически возможно обеспечить (см. стр.21)

Погрешность приспособления:

.

Погрешности установки заготовки в приспособление .

.

Погрешность установки деталь в приспособление составляет . Следовательно, можно сделать вывод, что данной установкой мы можем обеспечить размер ф178.

3. Научно-исследовательская часть [9]. Обработка резьбовых отверстий комбинированным инструментом с планетарным движением

3.1 Введение

В современном машиностроении одной из самых трудоемких операций является обработка отверстий, к которым предъявляются высокие требования по точности размера, формы и расположения. Высокая эффективность обработки отверстий может быть обеспечена не за счет ужесточения параметров технологической системы, а путем ее качественных изменений. Например, использования метода обработки резьбовых отверстий комбинированным инструментом с планетарным движением.

В данной научно-исследовательской части дипломного проекта выполнен анализ процесса обработки резьбовых отверстий таким инструментом на примере обработки детали «Корпус буксы».

3.2 Краткая характеристика метода обработки резьбовых отверстий комбинированным инструментом с планетарным движением

Несовпадение осей обрабатываемого отверстия и мерного инструмента вызывает сложное планетарное движение инструмента. Кинематика такого движения лежит в основе метода обработки отверстий инструментом с планетарным движением.

Формообразование осуществляется при вращении инструмента вокруг своей оси со скоростью главного движения, при планетарном движении инструмента по контуру обрабатываемого отверстия со скоростью, равной круговой, и при перемещении в осевом направлении со скоростью равной осевой подаче. Кроме того обработка может осуществляться на всю глубину припуска без осевого перемещения.

Метод обработки отверстий инструментом с планетарным движением имеет большие технологические возможности, позволяющие обрабатывать одним инструментом отверстия в определенном диапазоне диаметров. Прерывистое резание, характерное для данного вида обработки, обеспечивает надежное дробление стружки и предотвращает ее скопление в труднодоступных местах.

3.3 Анализ выполнения необходимых условий и рекомендаций по применению комбинированных режущих инструментов в производстве

1. Обработка деталей, содержащих отверстия сложного профиля, должна производиться на оборудовании, обеспечивающем неподвижное крепление заготовки и оснащенного системой ЧПУ, имеющей функцию круговой винтовой интерполяции движения (при отсутствии указанной функции требуется специальное устройство, реализующее планетарное перемещение инструмента).

Станок CW-800 CNC-600 удовлетворяет данному требованию.

2. Использование одного комбинированного инструмента типа «сверлорезьбовая фреза - зенкер» целесообразно для изготовления двух-трех размеров резьбы в отверстии (с одинаковым шагом), что обусловлено присутствием этапа планетарного фрезерования цилиндрической поверхности в схеме обработки и ограничениями на нагрузку режущего инструмента, связанными с его малыми размерами.

В конструкции детали корпус буксы предусмотрены 8 отверстий М12 и 2 отверстия М10 с разным шагом. Т.е. данное требование выполняется лишь от части в связи с невозможностью изменения конструкции детали без согласования с конструктором.

3. При обработке поверхностей целесообразно использовать комбинированные инструменты с режущей частью, оснащенной твердым сплавом.

В усовершенствованном технологическом процессе при обработки резьбовых отверстий используется комбинированный инструмент с режущей частью, оснащенной твердым сплавом. Т.е. данная рекомендация выполняется.

3.4 Геометрические параметры режущей части комбинированного резьбового инструмента

Для получения глухих резьбовых отверстий в сплошном материале традиционно используют сверла, зенковки и метчики. Такая технология требует не только большого количества инструментов, но и больших затрат времени на изготовление одного отверстия. В МГТУ "СТАНКИН" для этих целей разработан комбинированный инструмент, не имеющий указанных недостатков.

Такой инструмент формирует отверстие за один рабочий цикл и в своей конструкции объединяет три указанных выше инструмента. Один из вариантов исполнения комбинированного инструмента представлен на рис. 3.1. Здесь торец передней части инструмента выполнен подобно торцу сверла, так как его функцией является формирование отверстия под последующее нарезание резьбы. Периферия передней части имеет зубья как у острозаточенной фрезы.

Резьбообразующая часть имеет затылование по профилю зуба. Одновременно с формированием передней частью инструмента выточки в отверстии она формирует профиль резьбы на всей ее длине.



Рис 3.1. Комбинированный инструмент для получения резьбовых отверстий:

1 - передняя часть; 2 - резьбообразующая часть; 3 - коническая часть; 4 - стружечные канавки; 5 - хвостовик.

Между резьбообразующей частью и хвостовиком находится часть инструмента, выполненная как коническая зенковка, функцией которой является формирование фаски на входе в отверстие.

Винтовые стружечные канавки - общие для передней, резьбообразующей и конической частей. Таким образом, конструкция такого инструмента объединяет в себе сверло, резьбовую фрезу и коническую зенковку.

Достоинство комбинированного инструмента заключается в уменьшении основного технологического времени, увеличении точности обработки и экономии инструментов.

На рис. 3.2 представлена последовательность обработки резьбового отверстия комбинированным инструментом.

При работе инструмента углы на его режущих частях подвержены значительным изменениям. Это происходит вследствие непостоянства абсолютных величин векторов скоростей и их направлений, вызванных сложным движением инструмента.

Как известно, задний угол предназначен для устранения трения задней поверхности зуба о поверхность резания. При малом значении этого угла (статический задний угол) его истинное значение (кинематический задний угол) в определенный момент работы инструмента может снизиться до нулевого или даже до отрицательного значения, что может повлечь за собой превращение процесса резания в процесс пластического деформирования.

Передний угол предназначен для уменьшения нагрузки на режущую кромку в процессе резания. Он выбирается в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала и материала инструмента.

Рис. 3.2. Последовательность обработки отверстия комбинированным инструментом:

1 - инструмент в исходном положении;

2 - сверление (рассверливание) сердцевины резьбового отверстия передней частью инструмента при одновременном изготовлении зенковкой фаски на входе в отверстие;

3 - обратный ход инструмента на величину, как минимум, шага резьбы;

4 - радиальная подача до номинального диаметра резьбы;

5 - изготовление всей длины резьбы винтовым фрезерованием спирали с диаметром, равным номинальному диаметру резьбы;

6 - радиальное перемещение инструмента в центр отверстия;

7 - обратный ускоренный ход из готового отверстия.

Некорректный выбор переднего и заднего углов может привести к значительному увеличению сил, действующих на инструмент, вплоть до его поломки. Особое внимание необходимо уделять определению кинематических задних углов, так как при их отрицательных значениях, как указано выше, процесс резания невозможен.

3.5 Кинематические углы на зубьях резьбообразующей части инструмента (кинематические задние углы)

3.5.1 Общие положения

Зубья резьбообразующей части инструмента выполняются затылованными по профилю. Величина спада затылка по вершинам зубьев должна обеспечить задний угол при вершине равным 6 ... 8°. Профиль и форма зубьев резьбообразующей части представлены в графической части дипломного проекта на листе №10.

Резьбообразующая часть инструмента участвует в работе при поперечном врезании инструмента и планетарном резьбофрезеровании.

В процессе резания кинематические задние углы не должны быть меньше 2…3є. На изменение задних углов при вершине оказывает влияние планетарное движение инструмента. Кинематические углы на боковых сторонах зубьев подвержены еще более значительным изменениям благодаря осевому движению инструмента.

3.5.2 Поперечное врезание инструмента (начало резьбофрезерования)

Схема этого процесса для режима попутного фрезерования (направление вращения инструмента вокруг своей оси и направление планетарного вращения оси инструмента вокруг оси отверстия совпадают) показана на рис. 3.3.

рис 3.3.

На этом рисунке представлен вид сечения плоскостью, перпендикулярной к оси обрабатываемого отверстия. В этом сечении изображены положение оси инструмента и положение оси заготовки (отверстия) во время поперечного врезания (крайнее положение). Зона контакта инструмента и заготовки, обозначенная на схеме через угол , является максимальной зоной контакта при изготовлении резьбы. Поэтому исследование изменений кинематических углов целесообразно проводить именно для этой зоны. При положении оси инструмента в точке режущая кромка произвольного зуба может находиться в любой точке дуги АВС. При этом из каждой точки этой дуги можно восстановить следующие векторы скоростей движения режущей кромки:

- вектор окружной скорости главного рабочего движения;

- вектор окружной результирующей скорости в плоскости, перпендикулярной к оси инструмента;

- вектор скорости радиальной подачи инструмента.

Чтобы не вводить переводные коэффициенты, в дальнейшем значения всех линейных размеров будут в миллиметрах.

Кинематический задний угол при вершине зуба

,

где - статический задний угол при вершине;

- дополнительный задний угол (между векторами).

Для режима попутного фрезерования величину определяем следующим образом.

Исходя из теоремы синусов запишем соотношение сторон треугольника векторов скоростей в произвольной точке J дуги АВС

,

где -максимальный угол контакта резьбообразующей части инструмента и обрабатываемой поверхности.

Отсюда

.

Угол изменяется от 0 до

Для режима "встречного фрезерования" соотношения в треугольнике ABC такие же, но значения угла изменяются от до 0.

Далее определим величину максимального угла контакта . Задачу его определения можно решить следующим образом.

Точка С (конечная точка зоны контакта) находится на пересечении окружности диаметра предварительного сверления (соответствует радиусу передней части инструмента ) и окружности радиуса .

Координаты точки С в системе координатам

Координаты точки С в системе координатам

(6.1)

Учитывая, что для точки С:

, а ,

можно записать

Угол определяет положение точки J на дуге ВС, причем свое нулевое значение он имеет в точке В. При подстановке ряд значений в систему 6.1. , начиная от 0, получим координаты точек окружности радиуса . Уравнение этой окружности имеет следующий вид:

.

Для точки С должно выполняться условие

Значение угла , отвечающее этому условию, будет соответствовать половине максимального угла контакта инструмента и заготовки . Полная его величина

Абсолютное значение вектора результирующей окружной скорости можно определить по теореме косинусов.

Попутное и встречное фрезерование:

Абсолютное значение векторов скорости главного рабочего движения и скорости поперечного врезания

где - рабочая частота вращения инструмента, мин;

S_r - величина поперечной (радиальной) подачи инструмента, приходящаяся на один оборот;

- радиус резьбообразующей части.

Радиальные задние углы на боковых сторонах зубьев резьбообразующей части инструмента определяется по формуле

Нормальные к боковым сторонам зубьев задние углы можно определить по формуле

где - диаметр резьбообразующей части инструмента;

, - диаметр i-й точки на боковой поверхности зуба;

- кинематический задний угол при вершине зуба;

- половина угла профиля резьбы.

3.5.3 Процесс резьбофрезерования

Схемы на рис. 3.4 соответствуют режимам попутного и встречного фрезерования (направления вращения инструмента вокруг своей оси и направление планетарного вращения совпадают в первом случае и противоположны во втором).

а)

б)



в)

Рис. 3.4

На этих схемах вид А представляет собой сечение резьбообразующей части плоскостью, перпендикулярной к оси отверстия.

Здесь - вектор окружной скорости планетарного вращения инструмента (остальные обозначение такие же, как и на схеме для поперечного врезания); - радиальный кинематический задний угол для вершины зуба:

где - статический задний угол при вершине;

- дополнительный задний угол (между векторами).

Знак "+" - для дуги АВ, а знак "-" - для дуги ВС.

В режиме попутного фрезерования режущая кромка инструмента может находиться в любой точке дуги ВС (реально еще и на части дуги АВ). Чтобы определить величину , запишем соотношения сторон треугольника векторов скоростей в произвольной точке J дуги ВС:

или

Тогда



Величина угла контакта инструмента и заготовки изменяется в пределах от 0 до

Абсолютное значение вектора результирующей окружности скорости можно определить по теореме косинусов.

Абсолютное значение вектора окружной скорости планетарного движения

где , -частота планетарного вращения, мин.

Значение этой величины определяется, в свою очередь, через рабочую частоту вращения инструмента и соотношение частот главного рабочего и планетарного вращения n:

Как отмечалось выше, на изменение задних углов на боковых сторонах зубьев оказывает влияние осевая подача инструмента. Величина осевой подачи на один оборот планетарного вращения равна шагу резьбы изготавливаемого отверстия Р:

Скорость осевой подачи

Радиальные задние углы на боковых сторонах зубьев резьбообразующей части инструмента определяют по формуле:

,

где - диаметр резьбообразующей части инструмента,

- диаметр i-й точки на боковой поверхности зуба,

- кинематический задний угол при вершине зуба,

- половина угла профиля резьбы.

Угол определяется как сумма угла профиля и некоторого дополнительного угла . Угол - это угол между вектором результирующей окружной скорости и вектором полной результирующей окружной скорости режущей кромки и инструмента.

Абсолютная величина вектора

Угол определяется как

или

Таким образом, угол профиля для i-й точки равен

,

Знак «-» в формуле берется для стороны профиля зуба, обращенной в направлении осевой подачи инструмента.

3.6 Расчет времени обработки деталей комбинированными и базовыми инструментами

Рассмотрим обработку глухого отверстия в сплошном материале, имеющего фаску и резьбовой участок, - базовыми инструментами (сверлом, зенковкой, метчиком). Цикл обработки: сверление - (рассверливание) - зенковка - нарезание резьбы. Использование при обработке отверстий инструмента с планетарным движением определенного типоразмера позволяет получать резьбы разного диаметра с одним шагом. Размеры отверстий, принимаемые в расчетах, будем определять в соответствии с размерами комбинированного инструмента. Для материалов, рекомендуемых для комбинированной обработки, используют быстрорежущие (БР) или твердосплавные (ТС) инструменты.

Данные по режимам резания при традиционной обработке резьбовых отверстий приведены в таблице 6.1. (материал заготовки сталь 25Л)

Таблица 3.1.

Резьба	Метчик	Сверло	Зенковка
	БР	ТС	БР	ТС	БР	ТС
	V, м/мин	d,мм	V,м/мин	S,мм/об	d,мм	V,м/мин	S,мм/об	V, м/мин	S,мм/об	V, м/мин	S,мм/об
Резьбы с одинаковым шагом
М10х1,25	10,9	17	8,8	20	0,37	8,8	45	0,07	20	0,15	50	0,07
М12х1,25	13,5	17	10,8	20	0,45	10,8	45	0,07	20	0,17	50	0,08
Резьбы с разным шагом
М10х1,5	6	17	8,5	20	0,37	8,5	45	0,07	20	0,12	50	0,07
М12х1,75	8	19	14	20	0,50	14	45	0,08	20	0,18	50	0,09

Данные по режимам резания при обработке резьбовых отверстий комбинированным инструментом приведены в таблице 6.2. (материал заготовки сталь 25Л)

Таблица 3.2.

Резьба	Сверление	Резьбофрезерование
	БР	ТС	БР	ТС
	V, м/мин	S,мм/об	V,м/мин	S,мм/об	V,м/мин	S,мм/об	V,м/мин	S,мм/об
Резьбы с одинаковым шагом
М10х1,25	24	0,37	80	0,2	24	0,05	120	0,045
М12х1,25	24	0,45	80	0,25	24	0,05	120	0,05
Резьбы с разным шагом
М10х1,5	24	0,37	80	0,3	24	0,05	120	0,04
М12х1,75	24	0,45	80	0,37	24	0,05	120	0,04

При назначении режимов резания учитывались рекомендации нормативного характера.

Результаты расчета времени обработки различных резьбовых отверстий представлены в виде диаграмм в графической части дипломного проекта на листе №10 (учитывалась только доля времени всех перемещений инструментов с момента их нахождения в нулевой точке до возврата в то же положение - во всех расчетах нулевая точка располагалась на оси обрабатываемого отверстия на расстоянии 3 мм от торца детали). Значение скорости нерабочих перемещений всех инструментов до возврата в нулевую точку принимали 1000 мм/мин. Расчеты показали, что наибольшее сокращение основного времени обработки резьбового отверстия происходит при применении комбинированных инструментов с твердосплавной режущей частью.

Использование планетарной обработки отверстий быстрорежущими инструментами вместо традиционного способа изготовления с использованием сверла, метчика и зенковм не всегда дает эффект по уменьшению основного времени.

Вспомогательное время (в цикле изготовления резьбовых отверстий одной детали) оценивалось для многоинструментальной обработки базовыми инструментами и для планетарной обработки комбинированным инструментом типа «сверло - резьбовая фреза - зенкер». Учитывались его следующие составляющие:

· время смены инструмента (СМ);

· время подвода (отвода) инструмента к нулевой точке отверстия (ПО);

· время перемещения от отверстия к отверстию (Пер).

При этом рассматривался вариант сочетания нескольких отверстий с резьбой одного шага, т.е. когда для одной детали существует возможность использования одного комбинированного инструмента.

Для определения вспомогательного времени при обработке группы резьбовых отверстий в одной детали использованы следующие зависимости:

Т_всп= (СМ+ ПО) + Пep(N- n);

Т_всп= СМ+ ПО + Пep(N- 1);

где Т_всп - вспомогательное время при традиционной обработке;

Т_всп - то же, при комбинированной обработке;

N - общее количество обрабатываемых отверстий;

n- число типоразмеров отверстий;

п_к - количество инструментов, необходимых для обработки одного отверстия.

Следует отметить, что расчеты производились для случая изготовления детали с возможностью замены всех инструментов, использующихся при традиционной обработке, на единый комбинированный инструмент. Таким образом, учитывая особенности планетарной обработки, число типоразмеров отверстий n = 1...4. Результаты расчетов представлены в виде диаграммы в графической части дипломного проекта на листе №10

Доли вспомогательного времени: СМ= 2 с, ПО = 2 с, Пер = 0,2 с.

Наибольшее сокращение доли вспомогательного времени в цикле обработки одной детали наблюдается при наличии в ней большого количества отверстий нескольких размеров {71... 90 %}. На диаграмме за 100 % принято время при обработке детали традиционными режущими инструментами; экономия времени при обработке одного отверстия составляет - 60%.

3.7 Заключение

На основе проведенных теоретических исследований способа планетарной обработки резьбовых отверстий комбинированным инструментом с планетарными движениями типа «концевая фреза - резьбовая фреза» можно сделать вывод, что применение данного метода в технологическом процессе обработки детали «Корпус буксы» технологически и экономически оправдано. При этом учтены такие важные показатели, определяющие целесообразность использования комбинированных инструментов, как время цикла обработки отверстий одной детали и экономия инструментального материала.

4. Проектирование участка механической обработки [10]

4.1 Расчет потребного количества и составление ведомости оборудования

4.1.1 Определение приведенной годовой программы запуска в производство всех деталей, выпускаемых на участке

Nз.уч.=Nв*K₁*K₂*Kт (шт./год);

где Nв- годовая программа выпуска детали-представителя; Nв=240 шт.;

K₁-коэффициент, учитывающий возможный брак (K₁=1,02…1,03); K₁=1,02;

K₂ - коэффициент, учитывающий незавершенное производство K₂=1,03…1,05); K₂=1,03;

Kт - количество типоразмеров деталей, составляющих номенклатуру участка;

Kт=23;

Nз.уч.=Nв*K₁*K₂*Kт=240*1,02*1,03*23=5799 шт;

4.1.2 Определение расчетного такта выпуска деталей на участке

t_р.уч.=60*Fд.о / Nз.уч. (мин/шт);

где Fд.о - действительный годовой фонд времени работы оборудования при двухсменной работе (Fд.о=3890 час.);

Nз.уч.- годовая программа запуска деталей в производство на участке;

Nз.уч.=2018 шт.;

t_р.уч.=60*Fд.о / Nз.уч.=60*3890/5799=40,248 мин/шт;

4.1.3 Определение расчетного количества станков, необходимого для обработки партии деталей-представителей Cр.i и расчетного количества станков, необходимого на участке Cр.i.уч.

4.1.3.1 Определение расчетного количества станков Cр.i, необходимого для обработки партии Nв деталей-представителей

Расчет производится по каждой операции ТП по формуле:

Cр.i=Tшт.к.i/(t_р.*Ки) (шт.);

где Tшт.к.i-штучно-калькуляционное время для каждой i-операции спроектированного ТП;

t_р. - расчетный такт выпуска детали-представителя (t_р.=925,66 мин/шт);

Ки - коэффициент, учитывающий непрогнозируемые простои оборудования, связанные с поломками, перебоями энергии и т. д.

Ки=0,9 - для универсальных станков;

Ки=0,85 - для одношпиндельных автоматов и полуавтоматов, станков с ЧПУ;

Cр.₁=Tшт.к.₁/(t_р.*Ки)=143,55/(925,66*0,85)=0,182 шт.;

Cр.₂=Tшт.к.₂/(t_р.*Ки)=37,29/(925,66*0,85)=0,047 шт.;

4.1.3.2 Определение расчетного количества станков по каждой операции Cр.i.уч. для всего участка

Расчет производится по каждой операции ТП по формуле:

Cр.i.уч.=Tшт.к.i/(t_р.уч.*Ки) (шт.);

где Tшт.к.i - штучно-калькуляционное время для каждой i-операции спроектированного ТП;

t_р.уч - расчетный такт выпуска детали-представителя (t_р.уч=103,33 мин/шт);

Ки - коэффициент, учитывающий непрогнозируемые простои оборудования, связанные с поломками, перебоями энергии и т. д.

Cр.₁.уч.=Tшт.к.₁/(t_р.уч.*Ки)=143,55/(40,248*0,85)=4,008 шт.;

Cр.₂.уч.=Tшт.к.₂/(t_р.уч.*Ки)=37,47/(40,248*0,85)=1,198 шт.;

4.1.4 Определение принятого количества станков на участке Cп.i.уч. и для выпуска детали-представителя Cп.i.

Принятое число станков получается округлением Cр.i.уч. и Cр.i в большую сторону до ближайшего целого числа. Округление в меньшую сторону производится, если дробная часть Cр.i.уч. и Cр.i меньше 0,1.

Cп.₁=1;

Cп.₂=1;

Cп.₁.уч.=4;

Cп.₂.уч.=2;

4.1.5 Определение коэффициента загрузки оборудования Кз.i.уч. по каждой операции на участке

Определение коэффициента загрузки оборудования производится по каждой операции ТП по формуле:

Кз.i.уч.= Cр.i.уч./ Cп.i.уч.;

Кз.₁.уч.= Cр.₁.уч./ Cп.₁.уч.=4,008/4=1.002;

Кз.₂.уч.= Cр.₂.уч./ Cп.₂.уч.=1,198/2=0,599;

4.1.6 Определение среднего коэффициента загрузки оборудования на участке

Кз.ср.уч.=(4,008+1,198)/(4+2)=5,206/6=0,867;

4.1.7 Построение диаграммы загрузки оборудования

4.1.8 Составление ведомости производственного оборудования на участке

Таблица 4.1.

№ п/п	Наименование оборудования	Модель	Количество станков, Cп.i.уч.	Коэффициент загрузки, Кз.i.уч.	Габаритные размеры оборудования, ДхШхВ
1	Токарный	1740РФ3	4	1,002	4930х2310х3050
2	Вертикально-фрезерный	CW-800	2	0,59	5200х1800х3000
4	Универсальный вертикально-фрезерный	6Р11	1	-	2045х1560х1940
5	Универсальный плоско- шлифовальный	3Е710А	1	-	2560х1980х1790
6	Универсальный вертикально-сверлильный	2Н125	1	-	915х785х2350
7	Верстак для слесарных работ	-	1	-	-
8	Верстак для сборочных работ	-	1	-	-
9	Верстак для разметочных работ	-	1	-	-

4.2 Определение количества основных и вспомогательных рабочих и ИТР на участке

4.2.1 Определение количества основных рабочих Pосн

4.2.1.1 Определение количества станочников Pст

При укрупненных расчетах количество рабочих определяется по формуле:

(чел.);

где -суммарное количество оборудования на участке;

-годовой действительный фонд времени работы рабочего (1820 час.);

-коэффициент многостаночного обслуживания, назначается в зависимости от вида преобладающего оборудования:

1-универсальные станки;

2…3-станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, револьверные полуавтоматы;

1…3-агрегатные станки;

Определенное Pст округлить до ближайшего большего целого числа.

 чел.

4.2.1.2 Определение количества наладчиков оборудования Рнал

Рнал=0,25Счпу+0,14Снечпу (чел.);

где Счпу - количество станков с ЧПУ на участке;

Снечпу - количество станков без ЧПУ на участке;

Определенное Рнал округлить до ближайшего большего целого числа.

Рнал=0,25Счпу+0,14Снечпу=0,25*6+0,14*6=2,59?3 чел;

4.2.1.3 Определение количества слесарей для выполнения разметки

Рсл=0,05*(Рст+Рнал) (чел.);

Рсл=0,05*(Рст+Рнал)=0,05*(10+3)=0,65?1 чел;

4.2.1.4 Определение общего количества основных рабочих Росн.

Росн=Рст+Рнал+Рсл (чел.);

Росн=Рст+Рнал+Рсл=10+3+1=14 чел;

4.2.2 Определение количества вспомогательных рабочих

Рвсп=0,1*Росн (чел.);

Определенное Рвсп округлить до ближайшего большего целого числа.

Рвсп=0,1*Росн=0,1*14=1,4?2 чел;

4.2.3 Определение количества ИТР.

Ритр=0,2*? Cп.i.уч. (чел.);

Определенное Ритр округлить до ближайшего большего целого числа.

Ритр=0,2*? Cп.i.уч.=0,2*13=2,6?3 чел;

4.2.4 Составление ведомости работающих на участке.

Таблица 7.2.

Группы работающих на участке	Число работающих
	всего	в т. ч. в первую смену
1. Производственные (основные) рабочие:	-	-
-станочники	10	6
-остальные	4	3
2. Вспомогательные	2	1
Всего рабочих	16	10
3. ИТР	3	2
Всего работающих на участке	19	12

4.3 Определение потребной площади участка

4.3.1 Определение величины производственной площади, занимаемой станками Sст.

Предварительно необходимо определить, какая величина производственной площади приходится на один станок.

Sст=См(10…12)+Сс(15…18)+Ск(30…35) (м²);

где См - количество малых станков на участке;

Сс - количество средних станков на участке;

Ск - количество крупныхстанков на участке;

Sст=5*10+4*30=170 м²;

4.3.2 Определение площади, необходимой для складирования заготовок Sзаг и готовых деталей Sдет.

Sзаг=(7…8%)*Sст (м²);

Sдет=(5…6%)*Sст (м²);

Sзаг=0,08*170=13,6 м²;

Sдет=0,06*170=10,2 м²;

4.3.3 Определение площади, занимаемой ИТР Sитр и работниками ОТК Sотк.

Sотк=(2…3%)*Sст (м²);

Величину площади, отводимой для размещения ИТР, определяют по удельным нормативам из расчета 5…6 м² на одного инженерно-технического работника.

Sитр=(5…6)*Ритр (м²);

Sотк=0,03*170=5,1 м²;

Sитр=5*3=15 м²;

4.3.4 Определение потребной площади участка Sуч.

Sуч=Sст+Sзаг+Sдет+Sотк+Sитр=170+13,6+10,2+5,1+15=213,9м²;

4.4 Определение способа уборки стружки

Перед определением способа и выбором оборудования для уборки стружки необходимо определить объем стружки Q, производимой на участке за один час, по формуле:

(кг/час);

где -масса заготовки детали-представителя;

-масса детали-представителя;

-расчетный такт выпуска детали-представителя;

кг/час;

При выходе стружки с участка до 300 кг/час, она собирается около станков в специальную тару;

4.5 Назначение средств внутрицехового и межоперационного транспорта. Составление ведомости подъемно-транспортных механизмов (ПТМ) участка

ПТМ следует выбирать исходя из конструктивных особенностей обрабатываемых деталей, формы организации производства на участке.

Поскольку масса заготовки детали составляет 34,3 кг., то на участке необходимо использовать подвесной кран с грузоподъемностью до 250 кг. А также консольный поворотный кран с электроталью на каждом рабочем месте.

4.6 Выбор длины и ширины участка, ширины пролета. Составление схемы расчета и определения высоты здания

В соответствии с принятым ПТМ выбираем ширину пролета 18 м. Ширина участка 18 м. Длина участка по соображениям пожарной безопасности не должна превышать 50…60 м. Длина участка составляет 25 м.

Высоту пролета определяют по формуле:

H₁=h₁+h₂+h₃+h₄+h₅;

где H₁-высота от пола до головки подкранового рельса;

h₁-высота наиболее высокого станка, но не менее 2,3 м.;

h₂-расстояние между поднятым грузом и станком, но не менее 0,5 м.;

h₃-высота наибольшего транспортируемого груза;

h₄-высота строп, но не менее 1 м.;

h₅-минимальное расстояние между центром крюка и верхней кромкой подкранового рельса (от 0,5 до 1,6 м.);

H₁=h₁+h₂+h₃+h₄+h₅=3+0,5+0,4+1+1=5,9 м.;

Принимаем высоту пролета H до нижнего пояса ферм 7,2 м.

5. Организационно-экономическая часть [11]

5.1 Введение

Данная организационно-экономическая часть посвящена определению экономической целесообразности перевода обработки детали «Корпус буксы» с универсальных станков на станки с ЧПУ.

Необходимость замены базового технологического процесса вызвана следующими причинами:

· Обработка корпуса буксы по действующему технологическому процессу осуществляется на универсальном оборудовании и тем самым сопровождается большим количеством установок.

· Действующий технологический процесс обработки корпуса буксы является неэффективным и экономически не выгодным, т.к. имеются потери времени на вспомогательное время (установка, закрепление/снятие детали, транспортировка) и операционное, которые можно избежать, соблюдая принцип концентрации переходов и операций.

· Имеются операции, которые можно объединить в одну, а не разбивать на несколько, при этом теряя время на транспортировку, установку, закрепление, базирование детали.

При изготовлении детали обработка резьбовых отверстий ведется на двух станках, а именно вертикально фрезерном станке 65А60 и радиально-сверлильном станке 2А55. Лучшим вариантом было бы осуществить концентрацию этих операций на одном высокопроизводительном станке, например СW-800. Это бы позволило осуществить обработку резьбовых отверстий за один установ, а так же сократить время на транспортные операции, что привело бы к сокращению основного и вспомогательного времени.

Расчеты приведены в ценах 2007 года на базе предприятия ОАО «Калугапутьмаш».

5.2 Технико-экономическое обоснование разработанного варианта технологического процесса

5.2.1 Исходные данные

Таблица 5.1. Базовый вариант

№	№ опер.	Название операции	Разряд станочника	Тшт, мин	Часовая тарифная ставка
		1	2	3	4
1	030	Токарно - винторезная	3	88,32	14,51
2	040	Вертикально-фрезерная	3	27,96	14,51
3	060	Токарная -винторезная	4	45,22	16,95
4	065	Токарная -винторезная	4	51,51	16,95
5	85	Радиально -сверлильная	3	25,3	14,51
6	95	Вертикально-фрезерная	3	17,22	14,51
7	115	Вертикально-фрезерная	3	26,85	14,51
8	155	Радиально -сверлильная	3	17,97	14,51
9	165	Токарная	4	16,3	16,95

Таблица 5.2. Усовершенствованный вариант

№	№ опер.	Название операции	Разряд станочника	Тшт, мин	Часовая тарифная ставка
		1	2	3	4
1	030	Токарная с ЧПУ	3	85,4	14,51
3	065	Токарная с ЧПУ	3	16,86	14,51
4	070	Токарная с ЧПУ	4	11,88	16,95
5	115	Фрезерная с ЧПУ	3	15,2	14,51
6	125	Фрезерная с ЧПУ	3	22,1	14,51
8	090	Токарная с ЧПУ	5	13,74	20,23

5.2.2 Общие положения

Технико-экономическое обоснование разработанного варианта технологического процесса представляет собой сравнение двух вариантов техпроцесса - базового (заводского) и усовершенствованного. Сравнение поможет доказать выгоду изменения технологического процесса. Критерием сравнения служит критическая программа выпуска.